Способ алюминотермического получения хрома металлического (варианты)
Владельцы патента RU 2260630:
Открытое акционерное общество "Ключевский завод ферросплавов" (RU)
Группа изобретений относится к металлургии. Способ включает проплавление шихты и выпуск продуктов плавки. Шихта содержит окись хрома, алюминий, известь, окислитель - селитра натриевая в варианте 1 или ангидрид и бихромат натрия (калия) в вариантах 2, 3, дополнительно в вариантах 2, 3 - кальция гидроокись и соль поваренную, в варианте 2 - концентрат плавикошпатовый. В варианте 2 получают хром с содержанием азота до 0,05 мас.%, в варианте 3 - с содержанием азота до 0,01 мас.%. Отличия в вариантах состоят в установленном соотношении извести (и кальция гидроокиси в вариантах 2, 3) к алюминию, ограничении содержания углерода в извести, введении большей части извести с минимальным содержанием углерода непосредственно в шихту, а остальной части извести с несколько большим содержанием углерода на колошник, определенных соотношениях компонентов в шихтах, загрузке и проплавлении шихты в одну стадию с высокими скоростями 310-450 кг/м2·мин, загрузке плавикошпатового концентрата на оставшийся после слива на гарнисаж жидкий шлак в варианте 2. Техническим результатом является оптимизация термодинамических и кинетических условий восстановительного процесса. Это повышает содержание хрома, снижает содержания примесей - алюминия, углерода, азота и увеличивает выход высших марок алюминотермического хрома. 3 н.п. ф-лы, 1 табл.
Группа изобретений, связанных единым изобретательским замыслом, относится к металлургии, в частности к производству хрома металлического алюминотермическим способом.
Способы алюминотермического получения хрома металлического известны, например, из следующих источников [1, 2, 3].
Наиболее близким аналогом патентуемого способа следует указать способ по источнику [3]. Этот способ включает двухстадийные подготовку и последовательные загрузку и проплавление двух дифференцированных по соотношению компонентов частей шихты, содержащих окись хрома, алюминий, окислитель - селитру натриевую, известь, и выпуск продуктов плавки. Загрузку и проплавление шихты ведут со скоростью 170-280 кг/м2·мин, при этом известь с нерегламентированным содержанием углерода загружают на колошник по ходу проплавления каждой части шихты.
Для получения хрома, содержащего не более 0,05 мас.% азота, используют в качестве окислителя ангидрид хромовый и бихромат калия или натрия с добавлением в части шихты кальция гидроокиси, соли поваренной, плавикошпатового (флюоритового) концентрата; известь также с нерегламентированным содержанием углерода загружают на колошник по ходу проплавления каждой части шихты. Части шихты загружают и проплавляют с такой же скоростью.
Недостаток указанного способа заключается в повышенном содержании в металле примесей алюминия, углерода и азота и соответственно меньшем содержании хрома, это определяет низкий выход высших марок алюминотермического хрома, составляющий 50-55% от общего выпуска, что не отвечает потребностям рынка.
Отсутствие непосредственно в составе проплавляемой шихты извести от начала протекания восстановительного процесса и дефицит в первой части шихты вносимого известью и гидроокисью кальция оксида кальция, необходимого для связывания образующегося в восстановительном процессе глинозема в гексоалюминат кальция, не позволяют в достаточной мере реализовать положительное влияние оксида кальция как флюсующей добавки на оптимизацию термодинамических и кинетических условий протекания восстановительного процесса.
Кроме того, в способе по прототипу не решается вопрос получения чистого хрома с содержанием азота не более 0,01 мас.%.
Другой недостаток указанного способа заключается в большей вероятности получения несоответствующей продукции при неполадках в работе оборудования смесительных установок и тракта шихтоподачи по ходу плавки, так как конечный состав металла реализуется при полном проплавлении обеих дифференцированных по соотношению компонентов частей шихты.
Патентуемые изобретения направлены на увеличение выхода высших марок алюминотермического хрома.
Технический результат, достигаемый каждым изобретением, состоит в повышении содержания хрома и снижении содержания примесей - алюминия, углерода и азота в металле массового производства.
Для обеспечения указанного технического результата согласно п.1. формулы при получении хрома преимущественно марки Х99 общее количество извести на плавку задают в соотношении (0,16-0,19):1 к массе расходуемого алюминия, при этом 50-70 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводят непосредственно в смешиваемую шихту при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 65-68, алюминий 25-27, селитра натриевая 4-6, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% в шихту 2-4, а 30-50 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружают на колошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 310-400 кг/м2·мин.
Вариант 2 заявленного способа по п.2 формулы предназначен для получения хрома с содержанием азота не более 0,05 мас.% преимущественно марки Х99Н4. Технический результат достигается тем, что общее количество извести на плавку и количество кальция гидроокиси задают в соотношениях (0,15-0,18):1 и (0,05-0,07):1 к массе расходуемого алюминия, при этом 50-70 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводят непосредственно в смешиваемую шихту, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия используют в соотношении 1:(0,25-0,40) при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 60-62, алюминий 24,2-26,4, ангидрид хромовый 7,1-8,2, бихромат натрия или калия 1,8-2,4, кальция гидроокись 1,3-1,8, соль поваренная 0,7-1,2, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% в шихту 2,2-3,2, а остальные 30-50 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружают на колошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/м2·мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж загружают на оставшийся жидкий шлак плавикошпатовый (флюоритовый) концентрат в количестве 0,8-1,1 мас.% к массе окиси хрома и после его растворения сливают шлак и металл.
Вариант 3 способа по п.3 формулы разработан для получения хрома с содержанием азота не более 0,01 мас.%.
Для достижения технического результата по этому варианту общее количество извести на плавку и количество кальция гидроокиси задают в соотношениях к массе расходуемого алюминия соответственно (0,15-0,18):1 и (0,08-0,10):1, при этом 60-75 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,1 мас.% вводят непосредственно в смешиваемую шихту, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия используют в соотношении 1:(0,7-0,9) при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 55-57, алюминий 24,5-25,5, ангидрид хромовый 6,5-7,5, бихромат натрия или калия 4,9-6,1, кальция гидроокись 2,0-2,5, соль поваренная 0,8-1,0, известь с содержанием углерода не более 0,1 мас.% в шихту 2,5-3,5, а остальные 25-40 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% загружают на колошник после окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут со скоростью 350-450 кг/м2·мин, при этом плавку проводят на \блок\.
Патентуемые варианты алюминотермического способа производства хрома металлического объединены единым изобретательским замыслом, который состоит в том, что в каждом варианте технический результат достигается оптимизацией термодинамических и кинетических условий протекания восстановительного процесса.
Известно, что присутствие в расплаве алюминотермической шихты флюсующей добавки, в частности оксида кальция, способствует более раннему началу низкотемпературной стадии восстановительного процесса благодаря разрушению оксидной поверхностной пленки на частицах алюминия. Оксид кальция и получающийся в восстановительном процессе глинозем связываются в прочные соединения - алюминаты кальция. Это препятствует образованию трудновосстановимых хроматов кальция и повышает активность оксидов хрома в расплаве, сдвигая равновесие реакции в сторону образования хрома. Для высокотемпературного алюминотермического восстановительного процесса получения хрома металлического предпочтительным шлакообразующим соединением является гексоалюминат кальция, имеющий температуру плавления 1850°С и определяющий температуру плавления конечного шлака плавки [4, 5].
Для связывания образующегося по ходу восстановительного процесса глинозема в гексоалюминат кальция необходимо вводить в шихту 150-155 кг оксида кальция в расчете на 1 т расходуемого на плавку алюминия, что определяет приведенные в вариантах формулы соотношения количества задаваемых извести и кальция гидроокиси к алюминию. Однако введению непосредственно в состав шихты обычно используемой в производстве хрома извести с содержанием углерода 0,6 мас.% препятствует процесс карбидообразования, приводящий к повышению содержания в металле углерода. Практика показывает, что при использовании такой извести даже более ранняя, чем с последними порциями непроплавленной шихты, загрузка извести на колошник по ходу плавки зачастую приводит к повышению содержания углерода в хроме.
Нами установлено, что при проведении плавки в одну стадию ограничение содержания углерода в извести до значений не более 0,2 мас.% по вариантам 1, 2 заявленного способа и не более 0,1 мас.% по варианту 3 позволяет вводить такую известь непосредственно в состав шихты в количестве до 70-75%, а остальную известь с ограниченным содержанием углерода не более 0,5 мас.% по вариантам 1, 2 и не более 0,2 мас.% по варианту 3 следует загружать на колошник по вариантам 1, 2 только с последними порциями непроплавленной шихты, а по варианту 3 только после окончания проплавления шихты.
Загрузка по вариантам 1, 2 указанной извести на колошник ранее чем за 4 мин до окончания проплавления шихты может привести к повышению содержания углерода в хроме. Загрузка же позднее чем за 2 мин до окончания проплавления шихты приводит к неполному растворению извести в шлаке.
Использование по варианту 3 заявленного способа извести в шихту с углеродом более 0,1 мас.% и извести на колошник с углеродом более 0,2 мас.%, а также загрузка извести на колошник до окончания проплавления шихты приводит к значительному повышению содержания углерода в металле.
Указанные приемы использования извести обеспечивают получение основной массы хрома с содержанием углерода не более 0,012 мас.%, что в 2,5 раза ниже допустимого предела по ГОСТ-5905, при этом 35-45% всего металла имеет содержание углерода 0,010 мас.%, что соответствует высшей марке Х99Н1.
Таким образом, во всех заявленных вариантах способа оптимизация термодинамических и кинетических условий процесса достигается дифференцированной регламентацией качества используемой извести по содержанию в ней углерода, увеличением массы расходуемой извести для связывания глинозема в гексоалюминат кальция, определяющий температуру плавления конечного шлака плавки, введением низкоуглеродистой извести непосредственно в состав шихты в количестве до 70-75% от ее общего расхода, что способствует повышению активности оксидов хрома в расплаве и сдвигу равновесия реакции в сторону восстановления хрома, загрузкой остальной части извести на колошник только с последними порциями непроплавленной шихты и проведением восстановительного процесса в одну стадию.
По всем вариантам способа скорость проплавления шихты по сравнению с прототипом возрастает в 1,5-2 раза, что несколько снижает теплопотери процесса и напряженность теплового баланса внепечной алюминотермической плавки, а также уменьшает поглощение расплавом атмосферного азота за счет сокращения продолжительности процесса, что обеспечивает снижение содержания азота в получаемом хроме.
Достигаемое повышение активности оксидов хрома в расплаве способствует получению металла с более низким уровнем содержания в нем остаточного алюминия.
Суммарное снижение уровня содержания примесей обеспечивает повышение содержания хрома в металле.
Отклонения от заданных пределов соотношения компонентов, состава шихты и параметров процесса для всех вариантов патентуемого способа приводят к повышению содержания указанных примесей и снижению содержания хрома в металле.
Увеличение общей массы извести создает избыток оксида кальция, это приводит к образованию трудновосстановимых хроматов кальция и снижение активности оксидов хрома, образуется шлак нежелательного легкоплавкого состава.
При недостатке либо отсутствии флюсующей добавки образующийся в восстановительном процессе оксид алюминия вступает во взаимодействие с оксидами хрома с образованием неограниченных растворов, что снижает активность оксида хрома в расплаве и выход главного продукта - хрома.
Введение непосредственно в смешиваемую шихту более 70-75% извести, равно как и увеличение массы кальция гидроокиси, создает напряженность теплового баланса внепечной плавки и требует увеличения массы термитной добавки, что экономически нецелесообразно. Недостаток кальция гидроокиси, наряду с дисбалансом количества оксида кальция, несколько снижает эффективность дегазации расплава, что приводит к росту содержания азота в металле.
Количество окислителя обусловлено обеспечением нормальной термичности алюминотермической шихты, которая для плавки хрома должна быть в пределах 75-84 кДж/г-атом, и температуры процесса. Избыток или недостаток термитной добавки приводит соответственно к \горячему\ либо \холодному\ ходу процесса и потерям хрома в результате выбросов расплава и шихты или частичному закозлению металла в горне.
При использовании в качестве окислителя ангидрида хромового и бихромата натрия или калия их заявленное соотношение, кроме термичности шихты, связано с обеспечением дегазации расплава. Увеличение доли бихромата приводит к большому пылеуносу шихты и дополнительным потерям хрома; уменьшение же доли бихромата способствует повышению содержания азота в хроме ввиду недостаточной дегазации расплава.
Увеличение скорости загрузки приводит к образованию \завала\ на колошнике непрореагировавшей шихты с выбросами расплава и шихты и нарушению хода плавки. При недостаточной скорости загрузки и проплавления шихты плавка идет с открытым зеркалом расплава и более продолжительное время, значительно возрастают теплопотери, что приводит к частичному \закозлению\ металла на подине плавильного горна и настылеобразованию шлака на футеровке, а также к большему поглощению расплавом азота из воздуха.
Загрузка по варианту 2 плавикошпатового (флюоритового) концентрата на оставшийся жидкий шлак для обеспечения его жидкоподвижности при полном сливе продуктов плавки, дополнительно препятствует поглощению расплавом азота из воздуха. Количество плавикошпатового (флюоритового) концентрата менее 0,8 мас.% к массе окиси хрома не обеспечивает необходимую жидкотекучесть шлака перед полным выпуском, а количество более 1,1 мас.% приводит к повышенной жидкотекучести шлака.
По варианту 3 оптимизация условий протекания восстановительного процесса и исключение контакта струи жидкого металла с атмосферным воздухом при плавке на \блок\ позволяют значительно снизить усвоение азота и получать хром с содержанием азота не более 0,01 мас.%
Изобретение по вариантам 1, 2, 3 заявленного способа поясняется следующими примерами.
Для состава шихты применяют компоненты: окись хрома техническая металлургическая по ГОСТ 2912 и/или по ТУ 645 РК 5604173-005-2000; алюминий первичный по ГОСТ 11069 в виде порошка, окислители натрий азотнокислый технический (селитра) по ГОСТ 828 или ангидрид хромовый технический по ГОСТ 2548 и натрия бихромат технический по ГОСТ 2651 или калия бихромат технический по ГОСТ 2652, известь свежеобожженная молотая с регламентированным содержанием углерода, соль техническая поваренная по ТУ 9192-069-00206527-98, концентрат плавиковошпатовый (флюоритовый) металлургический по ГОСТ 29220, кальция гидроокись. Шихту рассчитывают на 3000-6000 кг окиси хрома.
При подготовке шихты компоненты тщательно перемешивают между собой. Внепечную алюминотермическую плавку на подготовленной шихте по прототипу и по вариантам 1, 2 патентуемого способа проводят с нижним зажиганием шихты в наклоняющемся горне, слив продуктов плавки в стальную нефутерованную изложницу осуществляют наклоном горна, при этом сначала сливают в изложницу 30-40% шлака для образования гарнисажа, а затем после кратковременной выдержки сливают оставшийся в горне шлак и металл под слой шлака. При выплавке хрома низкоазотистого по варианту 2 способа после слива части шлака на гарнисаж загружают в плавильную ванну на оставшийся жидкий шлак плавикошпатовый (флюоритовый) концентрат и после его растворения сливают шлак и металл в изложницу.
Плавку по варианту 3 заявленного способа проводят на \блок\ с нижним зажиганием шихты в стационарном горне одноразового использования.
Пример 1 (прототип). Выплавку хрома металлического проводили по способу внепечной алюминотермической плавки, шихту делили на 2 части. На первой стадии проплавляли шихту состава, % от общего количества компонента на плавку: окись хрома 2940 кг (60%), алюминий 1050 кг (0,885 от стехиометрического на окись хрома), селитра натриевая 240 кг (66,7%), известь с углеродом 0,6 мас.% на колошник 120 кг (40%), со скоростью загрузки шихты 190-230 кг/м2·мин; на второй стадии проплавляли шихту состава, % от общего количества компонента на плавку: окись хрома 1960 кг (40%), алюминий 850 кг (1,12 от стехиометрического на окись хрома), селитра натриевая 120 кг (33,3%), известь с углеродом 0,6 мас.% на колошник 180 кг (60%), со скоростью загрузки шихты 250-270 кг/м2·мин. Выход марки Х99 за кампанию составил 51,1%.
Пример 2 (прототип). Выплавка хрома металлического с содержанием азота не более 0,05 мас.% двухстадийной плавкой. На первой стадии плавили шихту состава, % от общего количества компонента на плавку: окись хрома 2940 кг (60%), алюминий 1140 кг (0,882 от стехиометрического на окись хрома), хромовый ангидрид 450 кг (69,2%), бихромат калия 60 кг (50%), кальция гидроокись 80 кг (44,3%), соль поваренная 30 кг (50%), известь с углеродом 0,6 мас.% на колошник 70 кг (35%), со скоростью загрузки шихты 210-240 кг/м2·мин; на второй стадии проплавляли шихту состава,% от общего количества компонента на плавку: окись хрома 1960 кг (40%), алюминий 980 кг (1,18 от стехиометрического на окись хрома), хромовый ангидрид 200 кг (30,8%), бихромат калия 60 кг (50%), кальция гидроокись 100 кг (55,7%), соль поваренная 30 кг (50%), концентрат плавикопшатовый (флюоритовый) 20 кг (100%), известь с углеродом 0,6 мас.% на колошник 130 кг (65%), со скоростью загрузки шихты 230-270 кг/м2·мин. Выход марки Х99Н4 за кампанию 54,6%.
Предлагаемый способ получения хрома металлического одностадийной плавкой с введением непосредственно в состав шихты особо низкоуглеродистой извести опробован в промышленных условиях по вариантам 1, 2 и на опытно-промышленной выплавке по варианту 3.
Результаты выплавки по известному способу (пример 1 и 2) и предлагаемому (примеры 3-7) приведены в таблице.
Примеры 3, 4 (вариант 1). Проводили одностадийные плавки с последующим выпуском шлака и металла. Масса смешанной шихты на плавку составила: пример 3 - 7575 кг, пример 4 - 7480 кг. Состав шихты на плавки, кг - (мас.%): окись хрома 5000 (пр.3 - 66,0; пр.4 - 66,8), алюминий 1910-1950 (пр.3 - 25,74; пр.4 - 25,5), селитра натриевая 370-385 (пр.3 - 5,08; пр.4 - 4,95), известь с углеродом не более 0,2 мас.% непосредственно в шихте 200-240 (к общей массе извести - пр.3 - 66,7, пр.4 - 57,1; к массе смешанной шихты - пр.3 - 3,17, пр.4 - 2,67; общее соотношение к алюминию - пр.3 - 0,185, пр.4 - 0,183); остальную известь с углеродом не более 0,5 мас.% в количестве 120-150 кг (к общей массе извести - пр.3 - 33,3%, пр.4 - 42,9%) загружали на колошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты, затем 30-40% шлака плавки сливали в изложницу на гарнисаж и после короткой выдержки сливали шлак и металл. Скорость загрузки и проплавления шихты составила: пр.3 - 370, пр.4 - 310 кг/м2·мин.
Выход марки Х99 составил за кампанию 89,1%.
Использование извести непосредственно в шихте с углеродом более 0,2 мас.% и загружаемой на колошник с углеродом более 0,5 мас.%, а также более ранняя по ходу проплавления шихты загрузка извести на колошник приводят к образованию карбида хрома и повышенному содержанию углерода в металле, вплоть до получения несоответствующей продукции.
Превышение общего количества извести на плавку против верхнего предела заданного соотношения к массе алюминия создает избыток оксида кальция и способствует образованию трудновосстановимых хроматов кальция, снижая активность оксида хрома и выход хрома, повышает содержание алюминия в металле.
Недостаток общего количества извести против нижнего предела соотношения к массе алюминия приводит к образованию неограниченных растворов оксида хрома с оксидом алюминия, снижая активность оксида хрома в расплаве и выход хрома, с повышением содержания алюминия в металле.
Введение непосредственно в шихту более 70 мас.% используемой на плавку извести снижает термичность шихты и поэтому требует увеличения массы термитной добавки, что экономически нецелесообразно. Введение в шихту менее 50 мас.% извести недостаточно активизирует процесс, что не позволяет существенно снижать содержание примесей алюминия и углерода в металле.
Превышение скорости загрузки шихты более 400 кг/м2·мин приводит к образованию на колошнике \завала\ непрореагировавшей шихты с выбросами расплава и шихты, нарушению хода плавки, потерям хрома и увеличению содержания алюминия и азота в металле.
При недостаточной скорости загрузки шихты плавка идет с открытым колошником и более продолжительное время, нарушение теплового баланса плавки в результате значительного увеличения теплопотерь приводит к частичному \закозлению\ металла на подине горна и настылеобразованию шлака на футеровке, это снижает выход хрома, увеличивает поглощение расплавом и металлом азота из воздуха и сокращает срок службы футеровки плавильного горна.
Примеры 5, 6. Для получения хрома металлического с содержанием азота не более 0,05 мас.% масса смешанной шихты на плавку составила: пример 5 - 6640 кг, пример 6 - 8292 кг. Загружали и проплавляли в одну стадию шихту состава, кг - (мас.%): окись хрома 4000-5000 (пр.5 - 60,2; пр.6 - 60,3), алюминий 1700-2060 (пр.5 - 25,6; пр.6 - 24,8), ангидрид хромовый 500-600 (пр.5 - 7,5; пр.6 - 7,2), бихромат натрия 130-187 (пр.5 - 1,96; пр.6 - 2,25; соотношение ангидрида к бихромату: пр.5 - (1:0,26); пр.6 - (1:0,31), кальция гидроокись 100-130 (пр.5 - 1,5; пр.6 - 1,6; соотношение к алюминию соответственно 0,059 и 0,063), соль поваренная 50-75 (пр.5 - 0,75; пр.6 - 0,90), известь с углеродом не более 0,2 мас.% непосредственно в шихту 160-240 (к общей массе извести: пр.5 - 59,2; пр.6 - 66,7; к массе смешанной шихты: пр.5 - 2,4; пр.6 - 2,9; общее соотношение к алюминию: пр.5 - 0,159; пр.6 - 0,175); остальную известь с углеродом не более 0,5 мас.% в количестве 110-120 (к общей мессе извести: пр.5 - 40,8; пр.6 - 33,3) загружали на колошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты; после проплавления шихты и короткой выдержки для осаждения корольков металла сливали 30-40% шлака в изложницу на гарнисаж; на оставшийся в горне шлак загружали 40 кг (к массе окиси хрома: пр.5 - 1,0%; пр.6 - 0,8%) плавикошпатового (флюоритового) концентрата и после его растворения сливали продукты плавки полностью. Скорость загрузки и проплавления шихты составила: пр.5 - 345, пр.6 - 410 кг/м2·мин.
Выход марки Х99Н4 за кампанию составил 85,8%.
Влияние и последствия отклонений от заданных по варианту 2 способа переделов соотношений компонентов, состава шихты, параметров процесса и допустимого содержания углерода в частях извести аналогичны изложенным в примерах 3, 4.
Пример 7 (вариант 3). Для получения хрома с содержанием азота не более 0,01 мас.% по варианту 3 формулы проплавляли в стационарном горне одноразового использования в одну стадию с нижним зажиганием шихты, плавкой на \блок\ шихту состава, кг - (мас.%): окись хрома 3000 (56,8), алюминий 1320 кг (25,0), ангидрид хромовый 375 (7,1; соотношение к бихромату (1:0,73)), бихромат натрия 275 (5,2), кальция гидроокись 120 (2,27, соотношение к алюминию 0,091), соль поваренная 45 (0,85), известь с углеродом не более 0,1 мас.% в шихту 145 (2,75; соотношение к алюминию всей массы извести 0,159; 69% к общей массе извести); известь с углеродом не более 0,2 мас.% в количестве 65 кг (31% к массе извести) загружали на жидкий шлак после окончания проплавления шихты. Загрузку и проплавление шихты вели со скоростью 380-410 кг/м2·мин. Проведены две опытно-промышленные плавки.
Состав полученного металл, мас.%: хром 99,50, алюминий 0,02-0,04, углерод 0,010-0,011, азот 0,008, что соответствует высшей марке Х99Н1 по ГОСТ 5905-79 и марке RACr99 рафинированного алюминотермического хрома по стандарту ИСО 10387-94.
| Таблица | |||||||
| ПОКАЗАТЕЛИ | ПРИМЕРЫ | ||||||
| 1 прототип | 2 прототип | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| вариант 1 | вариант 2 | вар.3 | |||||
| 1. Шихта на плавку, кг | 2940 | 2940 | 5000 | 5000 | 4000 | 5000 | 3000 |
| - окись хрома | 1960 | 1960 | |||||
| - алюминий | 1050 | 1140 | 1950 | 1910 | 1700 | 2060 | 1320 |
| 850 | 980 | ||||||
| - селитра натриевая | 240 | - | 385 | 370 | - | - | - |
| 120 | |||||||
| - ангидрид хромовый | - | 450 | - | - | 500 | 600 | 375 |
| 200 | |||||||
| - бихромат натрия | - | 60 | - | - | 130 | 187 | 275 |
| 60 | |||||||
| - известь (в шихту) | - | - | 240 | 200 | 160 | 240 | 145 |
| - известь (на колошник) | 120 | 70 | 120 | 150 | 110 | 120 | 65 |
| 180 | 130 | ||||||
| - кальция гидроокись | - | 80 | - | - | 100 | 130 | 120 |
| 100 | |||||||
| - соль поваренная | - | 30 | - | - | 50 | 75 | 45 |
| 30 | |||||||
| - концентрат плавиковошпатовый (флюоритовый) | - | - | - | - | 40 на шлак | 40 на шлак | - |
| 20 | |||||||
| 2. Скорость проплавления шихты кг/м2·мин | 205 | 230 | 370 | 310 | 345 | 410 | 380 |
| 260 | 250 | ||||||
| 3. Химический состав металла,% | |||||||
| хром (Cr) | 98,8 | 99,2 | 99,17 | 99,19 | 99,39 | 99,45 | 99,50 |
| алюминий (Al) | 0,31 | 0,25 | 0,12 | 0,07 | 0,09 | 0,06 | 0,04 |
| углерод (С) | 0,020 | 0,015 | 0,010 | 0,012 | 0,011 | 0,010 | 0,010 |
| азот (N) | 0,17-0,25* | 0,040 | 0,16* | 0,24* | 0,022 | 0,018 | 0,008 |
| 4. Выход высших марок за кампанию: | |||||||
| марка Х99,% | 51,1 | - | 89,1 | - | - | ||
| марка Х99Н4,% | - | 54,6 | - | 85,8 | - | ||
| марка Х99Н1 (RACr99),% | ожид. 70 | ||||||
| * Примечание: содержание азота не регламентировано по ГОСТ. |
Разработан в трех вариантах технологически несложный способ получения хрома металлического алюминотермического повышенного качества при использовании в шихте в качестве флюсующей добавки высококачественной извести с жестко лимитированным содержанием углерода. В предлагаемом изобретении найдены оптимальные соотношения массы извести к алюминию и частей извести, вводимой непосредственно в смесь шихты и загружаемой на колошник; определены допустимые пределы содержания углерода в используемой извести, что предупреждает образование карбидов хрома в металле. Оптимизация термодинамических условий протекания восстановительного процесса увеличивает в 1,5-2 раза скорость одностадийного проплавления шихты и обеспечивает массовый выход хрома металлического с повышенным содержанием хрома при снижении содержания алюминия, углерода и азота в металле.
По предложенному способу выход высших марок Х99 хрома рядового и Х99Н4 хрома низкоазотистого по ГОСТ 5905 составляет 85-90% от общего выпуска, в хроме металлическом марки Х99 35-39% металла имеет содержание углерода не более 0,010 мас.% и 76-80% металла содержит не более 0,012 мас.% углерода; в хроме марки Х99Н4 70-74% металла имеет содержание хрома 99,2-99,5 мас.%, 52-55% металла имеет содержание азота 0,020-0,030 мас.% и 76-79% металла имеет содержание углерода не более 0,012 мас.%, в том числе 40-43% с содержанием углерода не более 0,010%.
Способ позволяет также плавкой на \блок\ получать хром рафинированный марки Х99Н1 с содержанием азота не более 0,01 мас.% без применения специального аппаратурного оформления процесса.
Источники информации
1. Лякишев Н.П. и др. Алюминотермия. М.: Металлургия, 1978, с.27-28, 248-253.
2. RU, патент 2027788, кл. С 22 В 34/32, 1990.
3. RU, патент 2103401, кл. С 22 В 34/32,1996.
4. Н.П.Лякишев, М.И.Гасик. Металлургия хрома, М.: ЭЛИЗ, 1999 г., стр.304-307, 508-513.
5. А.С.Дубровин. Металлотермия специальных сплавов. Челябинск: ЮУрГУ, 2002, стр. 76-80, 91-94, 166-169, 191-192.
1. Способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, алюминий, окислитель - селитру натриевую, известь, и выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что общее количество извести задают в соотношении (0,16-0,19):1 к массе алюминия, при этом 50-70 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводят непосредственно в шихту при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 65-68, алюминий 25-27, селитра натриевая 4-6, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% в шихту 2-4, а 30-50 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружают на колошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 310-400 кг/м2·мин.
2. Способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, алюминий, окислитель - ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия, известь, кальция гидроокись, соль поваренную, концентрат плавикошпатовый и выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что для получения хрома с содержанием азота не более 0,05 мас.% общее количество извести на плавку и количество кальция гидроокиси задают в соотношении к массе расходуемого алюминия соответственно (0,15-0,18):1 и (0,05-0,07):1, при этом 50-70 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводят непосредственно в шихту, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия используют в соотношении 1:(0,25-0,40) при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 60-62, алюминий 24,2-26,4, ангидрид хромовый 7,1-8,2, бихромат натрия или калия 1,8-2,4, кальция гидроокись 1,3-1,8, соль поваренная 0,7-1,2, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% в шихту 2,2-3,2, а остальные 30-50 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружают на колошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/м2·мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж загружают на оставшийся жидкий шлак плавикошпатовый концентрат в количестве 0,8-1,1 мас.% к массе окиси хрома и после его растворения производят слив шлака и металла.
3. Способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, алюминий, окислитель - ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия, известь, кальция гидроокись, соль поваренную, отличающийся тем, что для получения хрома с содержанием азота не более 0,01 мас.% общее количество извести и количество кальция гидроокиси задают в соотношении к массе алюминия соответственно (0,15-0,18):1 и (0,08-0,10):1, при этом 60-75 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,1 мас.% вводят непосредственно в шихту, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия используют в соотношении 1:(0,7-0,9) при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 55-57, алюминий 24,5-25,5, ангидрид хромовый 6,5-7,5, бихромат натрия или калия 4,9-6,1, кальция гидроокись 2,0-2,5, соль поваренная 0,8-1,0, известь с содержанием углерода не более 0,1 мас.% в шихту 2,5-3,5, а остальные 25-40 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% загружают на колошник после окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут со скоростью 350-450 кг/м2·мин, при этом плавку проводят на «блок».
